JP2011195339A - 燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素バイパスシステムにおいて、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類の生成を抑え、無害化処理のための設備コスト等を最小限に抑える。
【解決手段】セメントキルン２の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブ３において、該冷却に酸素濃度が５％以下のガスを用いる。この冷却用ガスとして、窒素ガス、塩素バイパスシステムの排ガスＧ２３、過熱蒸気、窒素ガス以外の不活性ガス等を用いることができる。低酸素濃度の冷却用ガスを用いることで、抽気した燃焼ガスに含まれる重金属類とで、オキシ・クロリネーション反応が生じることを防止し、ＰＯＰｓ類の生成を抑える。セメントキルンの酸素富化運転を行った場合、その際に発生した窒素を利用することができるためより好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

この塩素バイパスシステムでは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した排ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウムなどを含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収してセメント粉砕ミル系に添加していた。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット

しかし、上記特許文献に記載の塩素バイパスシステムでは、セメントキルン排ガスに含まれる塩素分を除去することができるものの、塩素バイパスシステムから排出されるガス中にダイオキシン等のＰＯＰｓ類が存在するため、これらを処理するための触媒塔を設けたり、下流側で無害化するなどの対策が必要であった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、塩素バイパスシステムにおいて、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類の生成を抑え、無害化処理のための設備コスト等を最小限に抑えることのできる燃焼ガス抽気プローブの運転方法等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、従来の塩素バイパスシステムでは、抽気プローブによって、セメントキルン排ガス流路から燃焼ガスを冷却しながら抽気する際、この冷却に大気や臭気を伴う排気等を利用しているため、これらに含まれる酸素と、セメントキルン排ガスに含まれる重金属類とで、オキシ・クロリネーション反応が生じ、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類が生成されることを見出し、本発明をなすに至った。尚、オキシ・クロリネーション反応とは、酸化的塩素化反応とも呼ばれ、酸素又は空気の存在下で、重金属類の炭素化合物が塩素化してダイオキシン等のＰＯＰｓ類を生成させる反応である。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、燃焼ガス抽気プローブの運転方法であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブにおいて、該冷却に酸素濃度が５％以下のガスを用いることを特徴とする。

そして、本発明によれば、セメントキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、この抽気ガスの冷却に酸素濃度が５％以下のガスを用いることにより、オキシ・クロリネーション反応を抑制することができ、この反応によるダイオキシン等のＰＯＰｓ類の発生を抑えることができる。

前記燃焼ガス抽気プローブの運転方法において、前記冷却に用いるガスを、該セメントキルンの燃焼排ガス、さらには、該セメントキルンに付設された塩素バイパスシステムの排ガスとすることができる。

前記燃焼ガス抽気プローブの運転方法において、前記冷却に用いるガスとして、酸素富化装置からの窒素ガス又は窒素ガス製造装置からの窒素ガスを用いることができる。特に、セメントキルンの酸素富化運転を行った場合、その際に発生した窒素を利用することができるため好ましい。また、セメントキルンの排ガスを利用し、かつ窒素ガスを付加して酸素濃度を調整して利用することもできる。

また、前記燃焼ガス抽気プローブの運転方法において、前記冷却に用いるガスとして、過熱蒸気を用いることができる。

さらに、前記燃焼ガス抽気プローブの運転方法において、該燃焼ガス抽気プローブによって抽気される燃焼ガスの温度を１３００℃以下７００℃以上とし、冷却後の該燃焼ガスの温度を７００℃以下１５０℃以上とすることができる。

また、本発明は、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブであって、酸素濃度が５％以下のガスが前記冷却用に導入されることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、オキシ・クロリネーション反応を抑制し、この反応によるダイオキシン等のＰＯＰｓ類の発生を抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、塩素バイパスシステムにおいて、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類の生成を抑えることが可能な燃焼ガス抽気プローブ及びその運転方法を提供することができる。

本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの運転方法の第１の実施形態を説明するためのフローチャートである。 本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの運転方法の第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの運転方法の第１の実施の形態を説明するためのセメントキルン排ガスの処理装置を示し、この処理装置１は、セメントキルン２の窯尻からセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気しながら、抽気ガスＧ１を冷却ファン４から導入される窒素ガスにて冷却するプローブ３と、抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を除去する分級機５と、分級機５からの微粉Ｄ２及び排ガスＧ２を固気分離する高温バグフィルタ６と、高温バグフィルタ６で回収した微粉Ｄ２を貯留するダストタンク７と、高温バグフィルタ６からの排ガスＧ３をセメントキルン系に戻すか、又は大気に放出させるための排気ファン８とで構成される。尚、これら各装置については、一般的な塩素バイパスシステムに設置されているものと同様の構成を有するため、各装置についての詳細説明は省略する。

次に、上記構成を有するセメントキルンの排ガス処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン２の運転時に、セメントキルン２の窯尻から燃焼ガスの一部をプローブ３にて抽気すると同時に、冷却ファン４から導入される窒素ガスにて、抽気ガスＧ１を１５０℃〜７００℃に冷却する。この窒素ガスを用いる点が、本発明の特徴部分であって、酸素を含まない冷却用ガスを用いることで、抽気ガスＧ１との間で発生する虞のあるオキシ・クロリネーション反応を抑制し、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類の生成を抑えることができる。また、さらにＰＯＰｓ類の骨格物質、例えばビフェニル、ジオキシン、フラン等の再合成をも抑制する上では、１５０℃〜４００℃に冷却することが好ましい。

上記窒素ガスとしては、酸素富化膜、中空糸膜、ゼオライト等を用いた酸素富化装置で発生した窒素ガス、又は窒素ガス製造装置で発生した窒素ガスを用いることができる。特に、酸素富化装置を備えるセメントキルン２で酸素富化運転を行った場合、その際に発生した窒素ガスを上記冷却用ガスとして利用することができるため好ましい。

次いで、分級機５にて、プローブ３から排気される抽気ガスＧ１を粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、粗粉Ｄ１が除去された１５０℃〜７００℃の微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を高温バグフィルタ６に導入し、微粉Ｄ２を回収する。回収した微粉Ｄ２は、塩素バイパスダストとしてダストタンク７に貯留した後、セメント粉砕工程で利用したり、水洗後、セメント原料として利用する。

次に、微粉Ｄ２が除去された高温バグフィルタ６の排ガスＧ３を、排気ファン８によりセメントキルン系に戻すか、大気へ放出する。ここで、微粉Ｄ２を除去する集塵機を高温バグフィルタ６としたが、酸素を増加させない間接冷却器や熱回収システムをプローブ３から集塵機間に備え、それにより織布、不織布を用いる適用ガス温度の低いバグフィルタを用いることもできる。また、酸素を含まない冷却ガスを複数段、例えばプローブ３の部分、プローブ３の出口部等に分けて冷却することも可能である。

次に、本発明にかかる燃焼ガス抽気プローブの運転方法の第２の実施の形態について、図２を参照しながら説明する。

図２に示すセメントキルン排ガスの処理装置２１は、セメントキルン２２の窯尻からセメントキルン燃焼ガスの一部を抽気しながら、この抽気ガスＧ２１を、洗浄塔２８からの排ガスＧ２３を用いて冷却するプローブ２３と、抽気ガスＧ２１に含まれる粗粉Ｄ２１を除去する分級機２５と、分級機２５からの微粉Ｄ２２及び排ガスＧ２２を湿式集塵するための湿式スクラバ２６と、湿式スクラバ２６にスラリーＳ１を循環させるための循環液槽２７と、洗浄用の工水が供給される洗浄塔２８と、洗浄塔２８からの排ガスＧ２３をプローブ２３に戻す排気ファン２９と、循環液槽２７から排出された集塵ダストスラリーＳ２を固液分離して石膏ＧＰと塩水ＳＷとを得るための固液分離器３０等で構成される。上記各装置についても、一般的な塩素バイパスシステムに設置されているものと同様の構成を有するため、各装置についての詳細説明は省略する。

次に、上記構成を有するセメントキルンの排ガス処理装置２１の動作について、図２を参照しながら説明する。

セメントキルン２２の運転時に、セメントキルン２２の窯尻から燃焼ガスの一部をプローブ２３にて抽気すると同時に、排気ファン２９によって導入される洗浄塔２８からの排ガスＧ２３にて、抽気ガスＧ２１を１５０℃〜７００℃に冷却する。この排ガスＧ２３を用いる点が、本発明の特徴部分であって、酸素濃度が５％以下の排ガスＧ２３を冷却用ガスとして用いることで、抽気ガスＧ２１との間でオキシ・クロリネーション反応を抑制し、ダイオキシン等のＰＯＰｓ類の生成を抑えることができる。また、排ガスＧ２３の酸素濃度がそれ以上となる場合には、窒素ガス等を追加することによって酸素濃度を調整することができ、この調整にあたっては、酸素濃度計で窒素ガス等を追加する量を管理・制御することもできる。

次いで、分級機２５にて、プローブ２３から排気される抽気ガスＧ２１を粗粉Ｄ２１と、微粉Ｄ２２を含む排ガスＧ２２とに分離し、粗粉Ｄ２１をセメントキルン系に戻す。

その一方で、粗粉Ｄ２１が除去された１５０℃〜７００℃の微粉Ｄ２２を含む排ガスＧ２２を湿式スクラバ２６において、循環液槽２７から供給されるスラリーＳ１の有する水分等によって冷却する。また、塩素含有率の高い微粉Ｄ２２を、湿式スクラバ２６によって集塵し、集塵ダストスラリーＳ２を固液分離器３０によって石膏ＧＰと、ＫＣｌを含む塩水ＳＷとに分離し、石膏ＧＰを回収するとともに、分離された塩水ＳＷをセメント粉砕工程に添加したり、水処理後に下水又は海洋に放流、又は塩回収により処理する。

次に、微粉Ｄ２２が除去された洗浄塔２８の排ガスＧ２３の一部を、排気ファン２９によりプローブ２３に導入し上記冷却用ガスとして利用し、残りの排ガスＧ２４をセメントキルン系に戻すか、大気へ放出する。

尚、上記実施の形態においては、窒素ガス又は洗浄塔２８の排ガスＧ２３をプローブ３、２３において冷却用ガスとして利用したが、これら以外にも、乾式塩素バイパスシステムにおいて、熱交換器及びバグフィルタを介して温度の低下した抽気ガス（塩素バイパスシステムからの排ガス）や、塩素バイパスシステムに導入されることなく、プレヒータ等を介して温度の低下したセメントキルン２、２２の燃焼排ガス、過熱蒸気、窒素ガス以外の不活性ガス等、酸素濃度が５％以下のガスを用いることもでき、経済面で有利な場合は、それらのガスを酸素濃度５％以下になるように窒素ガス等で調節して利用することもできる。さらに、過熱蒸気は、オゾンや過酸化水素水と紫外線等、条件の適正化を図ることによってＰＯＰｓ類を分解するヒドロキシラジカルを生成でき、よりＰＯＰｓ類の低減効果を高めることができる。

また、上記実施の形態においては、セメントキルン２、２２の窯尻から燃焼ガスの一部をプローブ３、２３で抽気する場合について説明したが、窯尻以外にも、窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気することができる。

さらに、プローブ３、２３と高温バグフィルタ６又は湿式スクラバ２６との間に分級機５、２５を配置しているが、分級機５、２５を設けずに、プローブ３、２３から抽気ガスＧ１、Ｇ２１を直接高温バグフィルタ６や湿式スクラバ２６に導入してもよい。

その一方、酸素を増加させない間接冷却器や熱回収システムを、プローブ３、２３から集塵機の間に備えることもでき、それにより高温バグフィルタ６、湿式スクラバ２６以外の集塵機を用いることもできる。また、酸素を含まない冷却ガスを複数段、例えばプローブ３、２３の部分、プローブ３、２３の出口部等に分けて冷却することもできる。

１ セメントキルン排ガスの処理装置
２ セメントキルン
３ プローブ
４ 冷却ファン
５ 分級機
６ 高温バグフィルタ
７ ダストタンク
８ 排気ファン
２１ セメントキルン排ガスの処理装置
２２ セメントキルン
２３ プローブ
２５ 分級機
２６ 湿式スクラバ
２７ 循環液槽
２８ 洗浄塔
２９ 排気ファン
３０ 固液分離器
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
Ｄ２１ 粗粉
Ｄ２２ 微粉
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ３ 排ガス
Ｇ２１ 抽気ガス
Ｇ２２〜Ｇ２４ 排ガス
ＧＰ 石膏
ＳＷ 塩水

Claims (7)

1. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブにおいて、該冷却に酸素濃度が５％以下のガスを用いることを特徴とする燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
2. 前記冷却に用いるガスは、該セメントキルンの燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
3. 前記冷却に用いるガスは、該セメントキルンに付設された塩素バイパスシステムの排ガスであることを特徴とする請求項２に記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
4. 前記冷却に用いるガスは、酸素富化装置からの窒素ガス又は窒素ガス製造装置からの窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
5. 前記冷却に用いるガスは、過熱蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
6. 該燃焼ガス抽気プローブによって抽気される燃焼ガスの温度が１３００℃以下７００℃以上、冷却後の該燃焼ガスの温度が７００℃以下１５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の燃焼ガス抽気プローブの運転方法。
7. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を冷却しながら抽気する燃焼ガス抽気プローブであって、酸素濃度が５％以下のガスが前記冷却用に導入されることを特徴とする燃焼ガス抽気プローブ。

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